Sonoridad y timbre

FÍSICA.
Intensidad.
En una onda sonora, las moléculas del aire vibran con movimiento armónico simple en
las direcciones de propagación de las ondas. La intensidad de una onda sonora es
proporcional al cuadrado de la amplitud de dichas vibraciones. La oscilación de las moléculas
del aire origina variaciones de la densidad del aire y, por tanto, de la presión. La intensidad
de una onda sonora también es proporcional al cuadrado de la amplitud de las variaciones de
presión.
El oído humano puede acomodar una amplia gama de intensidades de onda sonora,
entre unos 1 x10-12 W/m2 (que suele tomarse como umbral inferior de audibilidad) y
aproximadamente 1 W/m2 (que produce una sensación dolorosa a la mayoría de las
personas).
A causa de la amplísima gama de intensidad a la cual es sensible el oído y porque la
sensación fisiológica de sonoridad no varia linealmente con la intensidad, sino en forma casi
logarítmica, para describir el nivel de intensidad de una onda sonora se utiliza una escala
logarítmica. El nivel de intensidad o sonoridad  , medido en decibel ( d ), se define de la
siguiente manera:
I
I0
 = 10. log
donde
I es la intensidad correspondiente al  e I 0 es un nivel de referencia, que suele
tomarse coincidente con el umbral de audibilidad:
I 0 = 1 × 10 −12 W
m2
En esta escala, el umbral de audibilidad es:
I0
I0
 = 10. log
 = 0 d
⇒
Análogamente, el nivel de sensación dolorosa es:
 = 10. log
1
1 × 10 −12
⇒  = 10. log 1 × 1012
 = 120 d
Así pues, la gama de intensidades de sonido comprendida entre
1 × 10 −12 W
corresponden a una gama de niveles de intensidades que va de 0
d a 120 d .
Foco sonoro
Respiración normal
Rumor del follaje
Murmullo suave (a 5 m)
Biblioteca
Oficina silenciosa
Conversación normal (a 1 m)
Trafico intenso
Oficina ruidosa con máquinas; fábrica,
aspiradora
Camión pesado (a 15 m); Cataratas del Niágara
Tren subterráneo antiguo
m2
y 1 W
m2
d
Descripción.
1x100
1x101
1x102
1x103
1x104
1x105
1x106
1x107
1x108
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Umbral de audición
Apenas audible
1x109
90
1x1010
La exposición constante
perjudica la audición
100
I
I0
Muy quedo
Quedo
Prof.: Soledad Portillo.
FÍSICA.
Ruido de construcción (a 3 m)
Concierto de rock con amplificadores (a 2m);
despegue de un avión a reacción (a 60 m)
Remachador neumático; ametralladora
Despegue de reactor (cerca)
Motor de cohete grande (cerca)
1x1011
1x1012
110
120
1x1013
1x1015
1x1018
130
150
180
Umbral doloroso
Timbre.
Cuando dos tonos de la misma elevación y la misma
sonoridad son producidos por dos instrumentos musicales
diferentes, tales como un violín y un clarinete, las sensaciones
producidas por ellos son decididamente diferentes. Reconocemos esta diferencia a causa
de la diferencia en la calidad o timbre entre estos dos sonidos musicales. Una de las
principales razones de esta diferencia en el timbre es que cada sonido producido por un
instrumento no es un tono de una sola frecuencia, sino un sonido complejo constituido por
varias frecuencias. A los diversos tonos se les llama
tonos parciales, a la frecuencia mínima se le llama
frecuencia fundamental, y determina la altura de la
nota. Los tonos parciales cuyas frecuencias son
múltiplos enteros de la frecuencia fundamental se
llaman armónicos.
Un tono con el doble de la frecuencia
fundamental es el segundo armónico; uno con el tres
veces la frecuencia fundamental es el tercer armónico,
y así sucesivamente. Lo que da a una nota musical su
timbre característico es la diversidad de tonos
parciales (sobretonos).
Otra razón de la diferencia en el timbre es la
forma en que el oído humano responde a tonos de
diferente frecuencia y diferente sonoridad.
N: nodo
A: antitodo
n: número de armónico
El timbre es definido por la forma
de la onda. Depende de los tonos
parciales que acompañen al tono
fundamental.
Prof.: Soledad Portillo.